(57)【要約】【課題】異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止する。【解決手段】交流電源を整流し高周波化するインバータ１０２と、高周波電力を昇圧する昇圧トランス１８と、昇圧トランス１８が出力する高周波電力を高圧直流電圧に変換する高圧回路１９と、高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロン１０とを有する高周波加熱装置において、昇圧トランス１８を、接地されたコア１を中心とした同心円状に設けられたボビン２を有し、ボビン２には、インバータ１０２側の一次巻線３と高圧回路１９側の高圧巻線４とが巻かれ、ボビン２とコア１との間に絶縁物６が配置された構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、接地されたコアを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記ボビンと前記コアとの間に絶縁物が配置された高周波加熱装置。
【請求項２】
前記絶縁物が、前記高圧巻線が巻かれた前記ボビンと対向する部分にのみ配置された請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記絶縁物をアラミド紙とし、前記アラミド紙を前記コアに貼り付けた請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記絶縁物を絶縁テープとし、前記絶縁テープを前記コアに貼り付けた請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記絶縁物が、前記ボビンと所定の間隔を設けた同心円状に前記ボビンと一体的に形成される請求項１に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ電源方式の高周波加熱装置に用いる高圧スイッチングトランスに関し、特に装置を保護し安全性を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ方式の高周波加熱装置としては、プリント基板にトランスを実装したトランスユニットを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、上記インバータ方式の高周波加熱装置におけるトランスユニットの回路構成を示すブロック構成図である。
【０００４】
図５において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流される。整流された電圧は、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ回路１０２の入力側に与えられる。
【０００５】
制御回路２９により、インバータ回路１０２中の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１７をオン／オフするよう制御されることで、昇圧トランス１８の１次側に所望の高周波（２０〜５０ｋＨｚ）の双方向電流が流れる。
【０００６】
この昇圧トランス１８の１次側に発生する高周波電力が昇圧トランス１８で昇圧され、２次側に高圧の高周波電力が発生する。昇圧トランス１８の２次側には、高圧ダイオード１９１、１９２と高圧コンデンサ１９３、１９４とからなる倍電圧全波整流方式の高圧回路１９が接続され、マグネトロン１０のアノード、カソード間に高圧直流電圧（例えば、−４ＫＶ）が印加される。
【０００７】
また、昇圧トランス１８のもう一つの２次巻線（ヒータ巻線）５からマグネトロン１０のカソード（フィラメント）１２１に電力が供給され、加熱されたカソードから電子が発生し、アノードに到達することによって、マイクロ波エネルギーが加熱室内の被加熱物に照射される（図示せず）。
【０００８】
また制御回路２９は、コネクタ２６を通して高周波加熱装置の制御部からの指令に基づきインバータ１０２を制御する。このように、制御回路２９は、ＩＧＢＴ１７のオン／オフ制御により、２次側への電力供給を制御し、マグネトロン１０からの出力マイクロ波の強度を制御する。
【０００９】
図６は、従来のトランスユニットに実装された昇圧トランスの構造を示す概略断面図である。図６に示すように、上記のトランスユニットに用いられる昇圧トランス１８は、１次巻線３、２次巻線４、及びヒータ巻線５が同心円状に巻かれたボビン２を有し、このボビン２の中心に、コア１が両側から差し込まれた構造となっている。
【特許文献１】特開２００４−３０４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図５において、昇圧トランス１８は、高周波加熱時に、一次巻線３や高圧巻線４、マグネトロン１０のカソード１２１を暖めるヒータ巻線５の発熱により、その温度は上昇する。
【００１１】
高周波加熱の終了後は発熱がストップするので、昇圧トランス１８の温度は下がる。この温度の上昇と下降の繰り返しにより、昇圧トランス１８を構成する材料は徐々に熱疲労で劣化する。
【００１２】
通常の使用状態では問題にならない劣化の進行ではあるが、想定できないような悪条件の下での使用時や冷却用部品の故障時などの場合に、例えば、高周波加熱装置を、上下、左右、後ろの５つの面を周囲と接触するように設置し、その給排気口を塞いでしまった場合や、冷却ファンのモータコイル部が断線し冷却ファンが動作不能となるトラブルが発生した場合に、ボビン２にクラックが発生する可能性がある。
【００１３】
図６において、高圧巻線４とアースに接続されたコア１との間には約３０００Ｖの高圧が印加されるが、その距離はさほど大きくないので、ボビン２にクラック７が生ずると高圧巻線４とコア１との間にスパークが発生することがある（図６中の拡大図参照）。
【００１４】
スパークが発生すると、図５中の高圧回路１９が電気的に大きく変動する影響でインバータ回路部分１０２も大きく変動するが、この変動を検出すると、安全のため高周波加熱を停止するように設計されている。従って、スパークの発生も停止する。
【００１５】
しかしながら、再度高周波加熱を開始するとまたスパークが発生し、再度これを検知し高周波加熱を停止するという動作を繰り返す。
【００１６】
さらに、この繰り返し動作を続けると、高圧巻線４の絶縁が発熱により破壊し、高圧巻線４がレアショート状態になり、そのレアショート部分でさらに発熱し、最悪の場合、発煙・発火に至る状況にもなりうる。
【００１７】
スパーク発生を招かない方法、すなわち、ボビン２の劣化を防ぐ方法としては、高圧巻線４とコア１の距離をもっと大きくとったり、高圧巻線４の外装の絶縁厚さを増し耐圧を高くしたりする方法もあるが、昇圧トランス１８の形状が大きくなり、コスト高にもなる。
【００１８】
また、コア１を接地しないようにすれば、クラック７が発生しても高圧巻線４コア１間にスパークは発生しないが、逆にボビン２のクラックがどんどん進行し、いたるところでクラックが生じたり穴が開いたりし始めると、今度は一次巻線３と高圧巻線４間でスパークが発生するようなことになる。
【００１９】
この時、高周波加熱装置が接地されていなかったら、使用者が高電圧に感電するという危険な状況となる。
【００２０】
この状況を回避するため、コア１を接地し、ボビン２のクラック７や穴開きが発生しても高圧巻線４からは必ず距離が一番近いコア１にスパークが飛ぶような一次巻線とボビン２との距離、ボビン２の構造とする。
【００２１】
すなわち、高圧巻線４とコア１との最短距離をｄ１、高圧巻線４と一次巻線３との最短距離をｄ２とすると  ｄ１＜＜ｄ２の位置関係となるようにボビンを設計し、一次巻線３と高圧巻線４との間には隔壁を二重に設けるなどして、クラック７や穴開きの発生で直接一次巻線３と高圧巻線４との間でスパークが発生する確率を低下させるなどの、実質的にはありえない事態に備えた安全構造にする場合がある。
【００２２】
そこで本発明は、上記課題を解決するもので、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止する高周波
加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、接地されたコアを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記ボビンと前記コアとの間に絶縁物が配置されたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
第１の発明は、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、接地されたコアを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記ボビンと前記コアとの間に絶縁物が配置されたものである。
【００２６】
第２の発明は、第１の発明において、前記絶縁物が、前記高圧巻線が巻かれた前記ボビンと対向する部分にのみ配置されたものである。
【００２７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁物をアラミド紙とし、前記アラミド紙を前記コアに貼り付けたものである。
【００２８】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁物を絶縁テープとし、前記絶縁テープを前記コアに貼り付けたものである。
【００２９】
第５の発明は、第１の発明において、前記絶縁物が、前記ボビンと所定の間隔を設けた同心円状に前記ボビンと一体的に形成されるものである。
【００３０】
以上の発明により、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止することができ、より安全な高周波加熱装置を提供できる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係るマグネトロン駆動電源（インバータ）のブロック構成図は、従来のものと同一であるので、その説明を省略する。また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の昇圧トランス１８の構造を示し、それぞれ、通常時、クラック発生時の昇圧トランス１８の断面図である。
【００３３】
図１、２において、インバータ部１０２側の１次巻線３と昇圧側の高圧巻線４がコア１
を中心とした同心円状にボビン２を隔てて外側に平行に所定の昇圧比（巻線比）が得られるよう約１０倍のターン数で周回され、コア１は昇圧トランス１８の動作安定化および安全のためにアース接続されている（図２中の符号１９５）。
【００３４】
図２において、上述したように、昇圧トランス１８の温度の昇降によって、昇圧トランス１８を構成する材料が劣化し、ボビン２にクラックが発生する可能性がある。そのため、昇圧トランス１８のボビン２にクラック７が生じて高圧巻線４とアース接続されたコア１との間に約３０００Ｖの高圧がかかっても、コア１を周回して囲うように絶縁物６を設け、スパークが発生しないようにする。
【００３５】
絶縁物６としては、ボビン２とコア１との狭い隙間に挿入することができる、薄くて絶縁性能が高く、しかも湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料、例えば、アラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープが望ましい。
【００３６】
また、ボビン２とコア１との狭い隙間に挿入する絶縁物として、薄くて絶縁性能が高く、湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料であるアラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープを、片面を糊づけし、あらかじめコア１に貼ってからボビンに挿入するようにすれば、製造が容易になる。
【００３７】
このように、ボビン２とコア１との間のすきまに薄い絶縁物を挿入するだけの単純な方法であるため、省スペースだけでなくコスト高も防止できる。
【００３８】
特に図３に示すように、絶縁物６は、高圧巻線４が巻かれたボビン２の部分と対向する部分にのみ配置されるようにし、インバータ１０２側の一次巻線３に対向する部分には絶縁物が配置されないようにする。
【００３９】
具体的には、絶縁物先端の貼り付け位置、すなわち、ボビン２からコア１までの距離（符号ｂ）を、ボビン２にクラックが発生しても高圧巻線４からコア１に高圧放電しない距離（符号ａ）以上とし、高圧巻線４と一次巻線３との距離（符号ｅ）または、図３の符号ｃの距離と符号ｄの距離との和よりも短くしている。すなわち、ａ＜ｂ＜ｃ＋ｄ  および
ａ＜ｂ＜ｅである。
【００４０】
これはあくまで万が一の場合であるが、ボビン２にクラック７が多発することにより一次巻線と高圧巻線とが完全に短絡して起こる使用者の感電を、高圧側とコア１（アース電位）との間隔を適切に設けることにより阻止することを目的としている。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本実施の形態に係る昇圧トランス１８の構造を示す断面図である。
【００４２】
図４に示すように、本実施の形態における昇圧トランス１８においては、絶縁物６が、高圧巻線４が巻かれたボビン２と所定の間隔を設けた同心円状にボビン２と一体的に形成される。
【００４３】
すなわち、コア１とボビン２との隙間に絶縁物を配置するのではなく、ボビン２の二重構造とすることで高圧巻線４とコア１との絶縁を強化する。このように絶縁構造を二重にすることにより、一重目の絶縁３３にクラックが発生しても、二重目の絶縁３４によってスパークの発生が防止できる。
【００４４】
本実施の形態によれば、別の絶縁物をコア１とボビン２との間に配置しなくても、同様
に安全性を確保できるので、作業工程や材料費の面で有利である。
【００４５】
しかも、ボビンは樹脂成型で加工できるのでボビンの耐久性や昇圧トランスの性能や加工のし易さにも配慮した構成とすることも考えられる。
【００４６】
また、一次巻線３側のボビン２の厚さ（図４の符号ｆ）は高圧巻線４側の厚さに比べて、また従来例に比べても厚くない。なぜならば、高圧巻線側の厚さに合わせて一次側の厚さも厚くすると、ボビンの材料を多くする必要があり、コスト高や昇圧トランスの大型化を招いてしまうからである。
【００４７】
また、一次巻線をボビンに巻く内径が大きくなり、同ターン数を得るために必要な一次巻線長さが長くなり、温度上昇などの性能面の不利、巻線量のコスト高を招いてしまう。
【００４８】
また、一次巻線とコアと間の電圧が高圧巻線側に比して低いのでボビン厚さを厚くする必要がないためである。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、電子レンジ等のように、食品を加熱する高周波加熱装置に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る昇圧トランスの構造を示す断面図
【図２】実施の実施１に係る昇圧トランスにおいてクラックの発生を示す断面図
【図３】絶縁物の配置位置を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態２に係る昇圧トランスの構造を示す断面図
【図５】従来の高周波加熱装置の回路構成を示すブロック構成図
【図６】従来の高周波加熱装置に実装された昇圧トランスの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  コア
２  ボビン
３  一次巻線
４  高圧巻線
５  ヒータ巻線
６  絶縁物
７  クラック
１０  マグネトロン
１１  商用電源
１３  整流回路
１４  チョークコイル
１５  平滑コンデンサ
１６  共振コンデンサ
１７  半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
１８  昇圧トランス
１９  高圧回路
２９  制御回路
３３  一重目の絶縁
３４  二重目の絶縁
１０１  整流回路
１０２  インバータ
１２１  カソード
１９１、１９２  高圧ダイオード
１９３、１９４  高圧コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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